光固化快速成型实验指导书.docx
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光固化快速成型实验指导书
1.实验目的
快速成型(Rapid Prototyping)技术是20世纪80年代后期发展起来的一种新型制造技术,是近20年制造技术领域的一次重大突破。
通过实验使学生对快速成型技术的成型过程有较生动的理解,以及了解快速成型技术的应用。
2.实验仪器与设备
(1)UG、3DMAX、CATIA、SOLIDWORKS等三维造型软件。
(2)数据处理部分主要使用光固化快速成形系统数据准备软件RpData对三维模型进行加支架、分层;
(3)采用的SLA成型设备是西交大SLA(XJRP)激光快速成型机,型号为SPS450B,如图2-2;它采用高精密聚焦系统,在整个工作面上光斑直径<0.15mm,采用伺服电机、精密丝杠组成闭环控制系统,使Z向升降台重复定位精度达到±0.05mm;采用超高速扫描器,激光扫描速度可达到8m/s,制作速度可达到60g/h,特别适合于企业及激光快速成型服务中心。
SPS系列激光快速成型机成型效率高,适宜汽车等大型物件成型。
其技术参数如下表3-1。
表3-1SLA技术参数
激光扫描速度
8m/s
激光光斑直径
<0.2
成型体积
450*450*350(mm)
加工精度
±0.1mm(L≤100mm)或±0.1%(L>100mm)
加工层厚
0.05-0.3mm
最大成型速度
60g/h
设备体积
1665*1095*1930(mm)
数据接口
STL
3kw
图3-2激光快速成型机
3.实验原理
光敏树脂液相固化成型(SLA—Stereolithography Apparatus)
光敏树脂液相固化成形又称光固化立体造型或立体光刻。
其工作原理如下图所示。
由激光器发出的紫外光,经光学系统汇集成一支细光束,该光束在计算机控制下,有选择的扫描液态光敏树脂表面,利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理,一层一层固化光敏树脂,每固化一层后,工作台下降一段精确距离,并按新一层表面几何信息使激光扫描器对液面进行扫描,使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上,如此反复,直至制作生成一个零件实体模型。
激光立体造型制造精度目前可达±0.1mm,主要用作为产品提供样品和实验模型。
图3-3光固化原理
4.实验内容与步骤
4.1三维模型制作
用CAXA、UG、等三维造型软件制作任意加工零件。
制作完成后保存成STL文件。
4.2数据处理
将STL文件导入光固化快速成形系统数据准备软件RpData对三维模型进行加支架、分层。
•添加支撑操作。
如图4-8。
因为在成型过程中,由于未被激光束照射的部分材料仍为液态,它不能使制件界面上的孤立轮廓和悬臂轮廓定位。
因此必须设计一些细柱状或肋状支撑结构,并在成型过程中制作这些支撑结构,以便确保制件的每一结构部分都能可靠固定,同时也有助于减少制件的翘曲变形。
为了成型完毕后能方便地从工作台取下工件,而不使工件损坏,在工件的底部也应设计和制作支撑结构。
所加支撑的主要类型有:
点支撑,线支撑,网支撑,块支撑,轮廓支撑,三角支撑,整体支撑等。
图4-8添加支撑
(2)分层操作。
如图4-9。
图4-9分层
4.3加工成形
制件主要操作步骤如下:
(1)打开总电源开关(在成型机后板上),控制面板上总电源指示灯ON。
(2)按下【电源ON】按钮,电源指示灯ON。
(3)按下【加热】按钮,加热指示灯ON,即开始给树脂加热,温度控制仪开始控制树脂加热。
树脂温度上升32℃时,可以开始制作零件。
加热过程大约需要一小时(如若工作间隔不长,可不必关断加热及电源,免去长时间的加热等待)。
(5)旋转【激光】开关至ON位置,即打开激光器电源。
(6)打开计算机,启动WINDOWS98/WINDOWS2000。
(7)按下【伺服】按钮,伺服指示灯ON,即给伺服系统加上电源。
(8)打开RpBuild控制程序,加载待加工零件的*.PMR或*.SLC文件。
(9)加载或设定制作工艺参数。
(10)调整托板位置,使之略高于液面(0.3mm左右);若继续制作上次中断的零件,则不要移动托板。
(11)点击开始从新制作后,计算机会提示是否自动关闭激光器(若连续制作,选择“否”,若考虑其它,选择“是”),选择后进入自动制作过程。
(12)制作完成后,屏幕出现“RP项目制作完成”提示。
(13)将托板升出液面,取出制件,将托板清理干净。
(14)清理过程中,可以按下【照明】按钮,使用照明。
(15)继续制作其他项目,则重复步骤7~12。
(16)关闭激光器时,旋转【激光】开关至OFF位置,即关掉激光电源(注意:
关闭激光器之前,不应关闭伺服及RpBuild控制程序)。
(17)若长时间不使用机器,则应关闭各电源开关,最后关闭总电源。
5.实验报告要求
•写明实验的目的
•阐明光固化成型的工作原理
•提出对所做实验的改进想法
6.思考题
•振镜系统与伺服系统在实际二维轮廓的制造过程中的差异?
•对非对称结构的3维模型如何分层?
•SPS450B液位控制系统有什么用?
振镜系统是将激光束入射到两反射镜(振镜)上,用计算机控制反射镜的反射角度,这两个反射镜可分别沿X、Y轴扫描,从而达到激光束的偏转,使具有一定功率密度的激光聚焦点在打标材料上按所需的要求运动,从而在材料表面上留下永久的标记。
伺服系统则是接受来自数控装置的指令信号,驱动机床移动部件跟随指令脉冲运动,并保证动作的快速和准确。
对于三维CAD模型,分层处理就是把模型分割成等间距的平面层,所切割的封闭轮廓线就是零件的每一层边界线。
分层处理包括计算切割平面与零件集合模型的交线。
对STL模型就是要计算出分割平面与许多小三角平面之间的交线,所形成的轮廓线则是由这一系列线段集来表示的。
对数据处理后得到二维轮廓上的系列点,再经过轮廓追踪得到封闭曲线。
光固化成型采用堆织成型原理,通过紫外激光照射液态光敏树脂从而固化成型。
在实际成型过程中,光敏树脂液面需保持在同一高度位置,并且要求均匀涂覆在前一层已固化光敏树脂上,它直接影响到产品原型在Z方向上的成型精度,甚至影响到产品制作过程的失败。
而液位控制系统则是起到维持液面高度的关键作用。
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